JPS59129366A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は混合冷媒を用いた空調機、冷凍機等の冷凍サイ
クルに係り、特にサイクルを循環する混合冷媒の濃度を
管理する装置を備えた冷凍装置に関するものである。

〔従来技術〕

近年冷凍装置の性能向上のため異種の冷媒をまぜ合わせ
た混合冷媒を用いることが検討されている。この様に、
サイクル内に混合冷媒を封入した場合、サイクル内を循
環する混合冷媒の濃度（混合割合）は次のような方法で
把握きれていた。即ち、サイクル内に封入する混合冷媒
の各冷媒成分の重量を測定し、この濃度の混合冷媒がサ
イクルを循環しているものとしているものとしていた。

また、運転中の冷凍サイクルから循環冷媒の一部を抽出
し、別途化学分析を行ない、混合冷媒の各冷媒成分の混
合度を把握していた。

しかるに前者の方法ではサイクルからがス洩れがあると
混合冷媒の濃度はかわってしまう。、また配管途中に容
器部分があると、ある濃度の冷媒が該容器部分に溜まり
、封入時の混合濃度（混合割合）とは違う濃度の冷媒が
サイクルを循環することになり、更に運転条件が変化し
たときの循環混合冷媒の濃度変化などはまったく把握で
きない。

また後者の方法は、抽出したその場所で簡単に結果を出
すことは出来ない。

このように従来は、運転中の混合冷媒の濃度が簡単に測
定できない為、冷凍サイクル中の冷媒の濃度を管理し、
運転を制御することは困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みて発明きれたもので、サイクル内を
循環する混合冷媒の濃度を連続的に、且つ簡単に測定し
、濃度管理された冷凍装置を提供することを目的とする
。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため本発明は、冷媒の種類により比
誘電率が異なることに着目して、静電容量の変化から間
接的に混合−冷媒の濃度を検知する。

他の発明は、冷凍サイクルに受液器と濃度センサを設は
暖房負荷が増加した場合は、上記受液器に並列的に設け
た第２受液器にて低沸点の冷媒を蒸発せしめて冷凍サイ
クルに補給し、混合冷媒を所定濃度に管理し暖房能力を
増加させる特徴を有する。

〔発明の実施例〕

以下２本発明の一実施例を、第１図により説明する。１
は圧縮機、２は凝縮器、３は第１受液器、４は三方弁、
５は濃度センサ、６は膨張弁、７は蒸発器であわ、これ
らは環状に接続されて基本冷凍サイクルを形成している
。さらに、第１受液器３と並列的に、内部に加熱器（ヒ
ータ）　１５を組込んだ第２受液器９が設けらｎ、その
上部と第１受液器３の側壁中間部３′とは第１電磁弁８
を介在したバイパス管１３で、第１受液器３内の余分の
液が第２受液器９にオーバーフロー可能に接続され、ま
たその底部の溜部も上記三方弁４と接続している。第２
受液器９内のヒータ１５には駆動装置１７が接続され、
該駆動装置１７には濃度センサ５と変換器１６が接続さ
れている。変換器１６は、濃度センサ５以外に室外にお
かれた蒸発器７の空気吸込ロ温度センサ加とも接続きれ
ている。いまサイクル内には第２図に示すようにＲ２２
とＲ１２の混合冷媒がＲ１２の濃度ｎで封入されている
ものとする。

この冷凍サイクルで暖房運転する場合について説明する
。圧縮機１の運転開始と同時に、第１電磁弁８を開口し
、三方弁４を図示の如く管路１１゜１２間を連通ずるよ
うに切換える。管路１４は閉止さｎる。圧縮機１で高温
高圧にされたＲ１２の濃度ｎのガス冷媒は、まず室内に
設置さｎた凝縮器２に導びかれる。凝縮器２では熱を空
気に与えて室内を暖房する。この作用で液化した冷媒は
第１受液器３に流入し、底部より三方弁４、濃度センサ
５を通って膨張弁６に流入し、減圧されて低温低圧の状
態で蒸発器７に入る。蒸発器７では、周囲空気より熱を
奪って気化し、再び圧縮機１に戻って濃度ｎの混合冷媒
による暖房ザイクルが形成される。この場合、第２受液
器９内の冷媒はサイクル内と同様Ｒ１２の濃度ｎの液冷
媒である。

循環する冷媒の濃度は、次のようにして測定きれる。濃
度センサ５は、第４図、第５図に示すように、円筒電極
２２と棒状電極おの組合せで構成され、両電極間は絶縁
物冴で隔てられている。２１ａ。

２１ｂは端子である。第６図、第７図は濃度センサの他
の例を示し、一対の円弧状電極２５ａ、２５ｂや複数対
の電極で構成してもよい。濃度センサ５は内部を流れる
冷媒がＡかＢか、またはその混合物人士Ｂかによって、
異なった信号を発生する。それは、冷媒ＡとＢの誘電率
が異なるためである。いま仮に冷媒Ａの液の誘電率をε
Ａ（比誘電率ＴＡ）、冷媒Ｂの液の誘電率をεＢ（比誘
電率ｒＢ）とし、さらに電極を第４図、第５図に示す円
筒形センサと仮定して棒状電極器の半径をａ、円筒電極
ｎの内半径をｂとすると、冷媒ＡまたはＢの液が両電極
間に介在するときの静電容量ＣＡ、ＣＢは次式で表わさ
れる。

ＣＡ＝２πεＡＬ／ｌｏｇ　− ＝　２πεＡ・ε６　Ｌ　／　ｔｏ　ｇ−・・・・・・
・・・（１）ＣＢ＝２πεＢＬ／Ｌｏｇ− ＝　２πＥＢ−εｏ　Ｌ／ｌａｇ　　　　　　−−−（
２）ここで、Ｌは円筒形センサの軸方向の長さ、ε０は
真空の誘電率を示す。

冷媒Ａ、Ｂが混った条件では、混合割合に従って靜電容
緻も変化する。いま本実施例の冷媒Ｒ１２とＲ２２の混
合冷媒を考える。それぞれの液冷媒の比誘電率は次の如
くである。

’＋２　＝　２．１３　　（ＲＩ２） ’２２　＝　６．１１　　（Ｒ２２） したがって、あらかじめ実験により、第８図に示すよう
に混合冷媒の濃度と靜電容徴の関係をキャリブレーショ
ンしておけば、静電容量を測定することによって一義的
に冷媒の濃度を求めることができる。冷媒は、上記以外
の組合せでももちろん差支えない。このようにし−Ｃ、
サイクル内を循環する混合冷媒の濃度をサイクルの運転
を停止することなく連続的に、しかも短時間に測定でき
る。

尚、冷媒と油の組合せ、その他冷媒以外の流体の組合せ
であっても、両者の比誘電率に差があればその混合濃度
を測定できる。

次に、混合冷媒Ｒ］、２＋Ｒ２２のＲＩ２横度（第８図
の関係から静電容量で表わすことができる）を、ある周
囲空気温度に対して第３図の如くなるように変換器１６
の出力信号を設定しておくと、循環冷媒の濃度を制御す
ることができる。以下、第１図にもとすきとの制（至）
作用について述べる。

（・ま暖房負荷が大きく、外気蒲１度がθ１　と低い場
合には、温度センサ加で周囲空気温度θｌを測定すると
ともに、濃度センサ５により静電容量を測定し、この値
がＣ１になるように変換器Ｉ６が出力信号を出し駆動装
置１７に伝達され、最終的には第２受液器９内のヒータ
１５に通電される。この結果、第２受液器９内の液冷媒
は、第２図に示すように、温度１ｏ　の過冷却状ｆｌａ
ｏ　から加熱され、温度ｔ′ｌ　　の状態ａＩ　　でガ
ス冷媒を発生しはじめる。

きらに加熱されて温度ｔ２　になると、ａ　２／状態の
ガスとａ２状態の液に分離さｎる。ここで発生したガス
は、バイパス管１３を介して第１受液器３に導びかれ、
循環する冷媒中に吸収される。こうして第２受液器９内
の液が濃度ｎより濃いａ２状態になる、一方、循環する
冷媒は濃度ｎよシうすいｎｌ　　となる。濃度センサ５
が、このとき静電容量Ｃ１を検知すると、ヒータＬ５へ
の通電を停止し。

′亀砥弁８を閉止する。この結果、循環する冷媒は濃度
ｎ１　　となり、低沸点の冷媒Ｒ２２成分が多い、暖房
能力の大きな運転が継続される。

以上説明した第１図におけるサイクルでは、暖房能力を
大きくするため第２受液器９内の冷媒の一部をサイクル
内に送り込むことになる。このためサイクル内の冷媒循
環量は増加する。このようなサイクル内の冷媒循環量の
増加が許されない時は、第９図の如くサイクルを改良す
ればより・０第９図では、凝縮器２後の配管途中から第
２電磁弁８′を介して液戻し青１０が第２受液器９の下
部に接続されている。このようにサイクルを構成すると
、第２受液器９内の冷媒をガス化して上部からサイクル
内に送りこむと同時に、第２電磁弁８′を開口して凝縮
器２後の液冷媒の一部を液戻し管１０により第２受液器
９の下部に導く。この作用は凝縮器２出口側と第２受液
器９間の配管路圧力損失による圧力差で容易に行える。

こうして、第２受液器９円からサイクル内に送られた冷
媒量と同量の冷媒を凝縮器２出口から第２受液器９に戻
せば、サイクル内の冷媒循環量を増加させることなく冷
媒の濃度を変えることができる。

運転中に周囲空気温度が高くなり負荷が減ったときには
、第１電磁弁８を開口し、一時的に三方弁４を管路１２
と１４を連通して第２受液器９内の液を循環冷媒中に流
入させることにより、所定の濃度に制御される。

本実施例の構成では、Ｒ１２の濃度を封入冷媒濃度のｎ
以上に濃度を高めることはできない。しかし、必要な場
合には、前に述べたようにしてヒータ１５に通電して第
２受液器９にＲ１２濃度の高い冷媒を集め、この冷媒を
サイクルを循環させるとともに、第１受液器３に溜った
りすり・濃度の冷媒を循環経路から隔離するように構成
すれば、より高いＲ１２濃度の運転も可能である。また
濃度センサ５を、本実施例では配管形状にして循環冷媒
の濃度を測定する構造となっているが、容器内滞溜部の
濃度を測定したい場合には、適宜電極形状のセンサを用
いればよいことはいうまでもない。第１図の例で第２受
液器９内に濃度センサを設置し、この濃度を測定すれば
、封入冷媒の濃度から逆算して循環冷媒の濃度を求める
こともできる。さらに、図示さ与ていないが、液溜など
に第４図または第６図の濃度セ／すでセンサ部が長いも
のを軸が鉛直になるように設置すれば、ｆＬ面の高さに
比例した静電容赦の出力が得られ、液量を検知すること
もできる。これによりサイクルからのがス洩れも検知で
きる。また濃度センサをサイクルの複数個所に設置し、
これを並列に接続するようにすると、出力を増幅するこ
ともできる。

さらに、第１図の実施例では、第２受液器９内にヒータ
１５を設置しているが、第１０図の如く第２受液器９の
気相部と低圧部の間を第３電磁弁１８を介した管路１９
で接続し、第３電磁弁１８を駆動装置１７で開閉制飢す
るようにしてもよい。即ち、第３電磁弁１８を開路すれ
ば第２受液器１９の気相部は低圧側に連通し、該受液器
１９内は低圧になる為低沸点成分の冷媒Ｒ−２２は蒸発
し、管路】９を経て圧縮機ｌの吸入側経路に導入され、
サイクル内の循環冷媒は低沸点の冷媒Ｒ−２２成分が多
い暖房能力の大きな運転が行なわれる。尚、このサイク
ルでは、第３電磁弁１８が開路じているときには、第１
電磁弁８は閉止される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、冷凍サイクルの運
転を停止することなく、連続的に混合冷媒の濃度を測定
することができる。また、これにより運転中の濃度管理
や濃度制御を行ない、特に暖房運転時に暖房負荷に応じ
サイクルを循環する混合冷媒の濃度を制御し暖房能力を
適応させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す冷凍サイクル図、第
２図は混合冷媒Ｒ１２十Ｒ２２の状態図、第３図は濃度
制御の設定条件、すなわち周囲空気温度に対応する濃度
の設定値を示す線図、第４図は濃度センサの一実施例を
示す構造図、第５図は第４図のＸ−Ｘ断面図、また第６
図は濃度センサの他の実施例を示す構造図、第７図は第
６図のＹ、−Ｙ断面図である。第８図は混合冷媒Ｒ１２
＋Ｒ２２の濃度−静電容量特性を示す線図、また第９図
及び第１０図は夫々本発明の他の実施例を示す冷凍サイ
クル図である。 １・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・第１受液器
、４・・三方弁、５・・濃度センサ、６・・膨張弁、７
・・・蒸発器、８・・・第１′電磁弁、８′・・・第２
電磁弁、１５・・・ヒータ、１６・・・変換器、１７・
・・駆動装置、１８・・・第３電磁弁、加・・・温度セ
ンサ。 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第１図 第４図　　　　　第５図 入 第６図　　　　　第、。 第８図 Ｒ２２Ｒ１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次配管接続し
   てなる冷凍サイクルの凝縮器より膨張弁に至る高圧液経
   路に、空間を隔てて対向的に配設された一対の電極で形
   成した一度センサを設置し、該濃度センサで流通冷媒の
   静電容量を検出し、循環する混合冷媒の震度を検知する
   ことを特徴とする冷凍装置。 ２　濃度センサが、配管内壁に設けられた一対の適宜長
   さの円弧状電極にてなり、流通冷媒の静電容量を測定し
   て間接的に流通混合冷媒の濃度を検出する特許請求の範
   囲第１項記載の冷凍装置。 ３　濃度センナが、配管内壁に配置された円筒状電極と
   円筒状電極内の管軸方向に配置された棒状電極にてなり
   、流通冷媒の静電容量を測定して間接的に流通混合冷媒
   の濃度を検出する特許請求の範囲第１項記載の冷凍装置
   。 ４゜　圧縮機、凝縮器、第１受液器、流路切換弁５膨張
   弁、蒸発器を順次配管接続して主冷凍サイクルを形成し
   　この冷凍サイクルの流路切換弁と膨張弁に至る管路に
   濃度センサを設け、第１受液器と並列的に、内部に加熱
   器を備えた第２営液器を設け、加熱器に駆動装置を接続
   （７、第２受液器の上部気相部と第１受液器の側壁中間
   とを通常時は開路している第１電磁弁を介在した管路で
   接続し、第２受液器の底部を上記流路切換弁に配管接続
   し、蒸発器の空気吸込側に温度センサを設け、この温度
   センサ及び上記濃度センサを変換器を介在して上記駆動
   装置に接続し、サイクル内に混合冷媒を封入してなり、
   暖房運転時に外気温度が低下すれば、蒸発器の温度セン
   サ、変換盤、駆動装置を介し加熱器を作動し、第２受液
   器から低沸点がス冷媒を冷凍サイクルに補給して暖房能
   力を増加し、濃度センサが設定濃度を検出すれば加熱器
   を消すと共に第１電磁弁を閉路し、外気温度が上昇すれ
   ば第１電磁弁を開路（−１一時的に流路切換弁を介し第
   ２受液器底部と濃度センサ経路を接続し、第２受液器内
   の液を冷凍サイクルに流入させることを特徴とする冷凍
   装置。 ５　圧縮機、凝縮器、第１受液器、流路切換弁、膨張弁
   、蒸発器を順次配管接続して主冷凍サイクルを形成し、
   この冷凍サイクルの流路切換弁と膨張弁に至る管路に濃
   度センサを設け、第１受液器と並列的に内部に加熱器を
   備えた第２受液器を設け、加熱器に駆動装置を接続し、
   第２受液器の一ヒ部気相部と第１受液器の側壁中間とを
   通常時は開略している第１電磁弁を介在した管路で接続
   し、第２受液器の底部を上記流路切換弁及び通常は閉路
   している第２電磁弁を介して凝縮器出口側管路に配管接
   続し、蒸発器の空気吸込側に温度センサを設け、この温
   度センサ及び上記濃度センサを変換器を介在して上記駆
   動装置に接続し、サイクル内に混合冷媒を封入してなシ
   、暖房運転時に外気温度が低下すれば、蒸発器の温度セ
   ンサ、変換器、駆動装置を介し加熱器を作動し、第２受
   液器から低沸点ガス冷媒を冷凍サイクルに補給すると共
   に第２電磁弁を開略して凝縮器流出冷媒の一部を第２受
   液器底部に流入せしめ暖房能力を増加し、濃度センサが
   設定濃度を検出すれば加熱器を消すと共に両電磁弁を閉
   路し、外気温度が上昇すれば第１電磁弁を開略し５一時
   的に流路切換弁を介し第２受液器底部と濃度センサ経路
   を接続し、第２受液器内の液を冷凍サイクルに流入させ
   ることを特徴とする冷凍装置。 ６　圧縮機、凝縮器、第１受液器、流路切換弁、膨張弁
   、蒸発器を順次配管接続して主冷凍サイクルを形成し、
   この冷凍サイクルの流路切換弁と膨張弁に至る管路に濃
   度センサを設け、第１受液器と並列的に第２受液器を設
   け、第２受液器の上部気相部と第１受液器の側壁中間と
   を通常時は開略している第１電磁弁を介在した管路で接
   続すると共に上記の上部気相部を通常時は閉路している
   第３電磁弁を介在した管路で圧縮機の吸入側経路に接続
   し、第３電磁弁に駆動装置を接続し、第２受液器の底部
   を上記流路切換弁に配管接続し、蒸発器の空気吸込側に
   温度センサを設け、この温度センサ及び上記濃度センサ
   を変換器を介在して上記駆動装置に接続し、サイクル内
   に混合冷媒を封入してなり、暖房運転時に外気温度が低
   下すれば、第１電磁弁を閉路し蒸発器の温度センサ、変
   換器、駆動装置を介し第３電磁弁を開略し、第２受液器
   内の低沸点ガス冷媒を冷凍サイクルに補給し暖房能力を
   増加し、濃度センサが設定濃度を検出すれば第３電磁弁
   を閉路し、外気温度が上昇すれば第１電磁弁を開略し、
   一時的に流路切換弁を介し第２受液器底部と濃度センサ
   経路を接続し、第２受液器内の液を冷凍サイクルに流入
   はせることを特徴とする冷凍装置。